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原文传递基于遗传算法的封闭腔体约束层阻尼结构声学优化研究

论文题名：	基于遗传算法的封闭腔体约束层阻尼结构声学优化研究
关键词：	车辆乘客室;封闭腔体结构;约束层阻尼技术;振动声;辐射特性;遗传算法;有限元分析
摘要：	如何降低车内噪声，改善乘客室的声学环境，提高乘坐舒适性已成为当前汽车研究领域中的热点。约束层阻尼技术在工程上是一种有效的减振手段，它可以提高结构阻尼，降低振动响应，同时具有安全、可靠的特点，在汽车、飞机和舰船的结构振动与噪声控制方面展示了极其广阔的应用前景。　　本文将车辆乘客室简化为一简单封闭腔体结构，并结合有限元法与边界元法分析封闭腔体弹性振动壁板的振动声辐射特性。分别对弹性振动壁板上的约束层阻尼材料布局和变厚度弹性振动壁板的厚度分布进行声学拓扑优化研究，为车内噪声的优化设计提供理论与技术的支撑，具有重要的理论意义和工程实用价值。论文主要研究内容包括：　　①根据弹性和粘弹性材料的本构关系，采用能量法，建立了约束层阻尼板的有限元动力学模型，为研究约束层阻尼板的声辐射特性奠定了基础。　　②根据 Helmholtz边界积分方程推导了封闭腔体弹性振动壁板向腔内辐射声能的声辐射功率计算公式和腔体内声场的场点声压计算公式。计算了封闭腔体的弹性振动壁板分别为铝合金板和约束层阻尼板时的声辐射功率频响特性和腔体中心点的声压响应特性，并对不同壁板的声辐射特性进行了对比。　　③建立了一定阻尼材料用量下，以约束层阻尼板的峰值声辐射功率最小化为目标函数，以约束层阻尼材料的粘贴位置为设计变量的声学拓扑优化模型。采用遗传算法（genetic algorithm，GA），研究了约束层阻尼材料的声学拓扑优化布局，提出了基于遗传算法的约束层阻尼材料声学拓扑优化方法。算例表明：提出的基于遗传算法的约束层阻尼结构声学拓扑优化方法能够有效降低约束层阻尼结构的声辐射性能，且迭代过程稳定、收敛。　　④建立了以封闭空腔弹性振动壁板的声辐射功率最小化为目标函数，弹性振动壁板的单元厚度为优化设计变量，弹性振动壁板的质量为约束条件的声学优化模型，并采用遗传算法对封闭空腔弹性振动壁板的单元厚度分布进行声学优化。算例表明：提出的变厚度板的厚度分布声学优化能够有效降低变厚度板的声辐射性能，达到声学轻量化设计的目的。　　⑤建立了以封闭空腔弹性振动壁板的声辐射功率与壁板质量最小化为目标函数，弹性振动壁板的单元厚度为优化设计变量的多目标声学优化模型。采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法（NSGA-II）对弹性振动壁板的单元厚度分布进行声学优化，初步探讨了封闭腔体的多目标声学优化方法。　　⑥搭建了封闭腔体结构的声学实验装置，对铝合金板、全覆盖约束层阻尼板、优化约束层阻尼板三种不同壁板结构的封闭腔体内声场的场点声压响应进行了实验研究，验证了本文提出的声学拓扑优化方法的正确性、有效性和可行性。
作者：	柳承峰
专业：	车辆工程
导师：	李以农
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文